CN2368081Y - 计算机硬盘保护卡 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种计算机扩展卡。包括至少一个集成了监视系统及控制系统的中央逻辑单元、至少一个用于存储计算机程序的存储单元、至少一个用于选择硬盘数据连接的双向开关和两个硬盘接口插槽;所述中央逻辑单元控制存储单元的读写以及双向开关的开合,并向硬盘接口产生数据输出实现计算机硬盘的保护。具有最高的可靠性,解决了操作系统兼容性的问题,并且在保护CMOS的基础上,能有效的解决口令屏蔽和反复启动的问题。

Description

计算机硬盘保护卡

本实用新型涉及一种计算机扩展卡，更准确的说，是涉及一种用于保护计算机硬盘上的一定范围的数据不被更改、以及系统设置(CMOS)不被更改的计算机系统扩展卡。

目前针对硬盘保护的系统扩展卡主要可以分为两种类型，一种是通过软件实现保护功能的软保护卡，另一种是通过硬件实现的硬保护卡。

软保护卡主要包括一个系统总线接口和一片只读存储器。虽然它也有硬件，但是它对硬盘的保护却是通过存储在只读存储器中的计算机程序来修改硬盘中断来实现的。硬盘中断(INT13H)是一种应用程序的底层接口，它接受应用程序对硬盘的读写请求，然后通过适当的端口操作来完成该请求。通常，DOS环境下的应用程序都是通过硬盘中断来读写硬盘的。软保护卡截获了硬盘中断，通过自己嵌入的程序来对应用程序的服务请求进行判断：如果应用程序要进行非法的操作，例如写硬盘一定范围内的数据，格式化等，则终止该操作，同时返回一个操作成功的信号，让应用程序误以为操作成功，继续执行而不报告出错；相反，如果应用程序的操作合法，则转入到正确的硬盘中断入口继续执行。这种结构的基础是应用程序必须要通过中断来进行硬盘的操作，但是现在的主流操作系统中，只有DOS是基本满足要求的，而对于其他的操作系统，基本上已经摒弃了16位的基本输入输出系统(BIOS)程序而是用自己的接口，所以，对于Windows 95、Windows 98可以简单的禁止32位保护模式磁盘操作程序而使系统使用BIOS的中断，以降低系统性能的方法来获得对保护卡的支持，但是对于Unix、Windows NT等32位的操作系统则无能为力了。另一方面，同样是因为它假设应用程序使用中断来操作硬盘，使它的保护功能非常不可靠。因为，作为软件的一部分，中断的入口是可以被随意更改的，保护卡可以更改入口，应用程序同样也可以更改，所以一旦应用程序将中断入口恢复成原始值，使得对硬盘的操作不经过保护卡而直接进入BIOS内部，那么保护卡的保护功能就不可能起到任何作用了。同样，如果应用程序根本不使用中断而象BIOS一样直接用端口对硬盘进行操作，那么保护卡也将形同虚设。

软保护卡还可以通过备份/还原的方法来实现硬盘保护。这种卡将硬盘的一部分作为备份分区，当需要对系统进行恢复的时候再使用备份分区中的数据进行还原。这种卡不一定依赖于硬盘中断的保护，而主要依赖于备份分区。所以，它可以支持各种操作系统，就仿佛没有保护卡一样——因为保护卡并没有对操作系统所在的分区进行保护。但是，这是以牺牲大量的硬盘空间作为代价的。同时，因为它没有对硬盘进行写保护，任何备份分区的数据一样是有可能被改写的，还原也就是去了意义。

总的来说，软保护卡实现简单，但是对硬盘保护的可靠性却很差。

硬保护卡主要包括硬盘数据接口，判断逻辑电路，接口控制部件等部分，需要有硬盘的数据线接到保护卡上。由于对硬盘的任何读写指令都是通过硬盘数据线传输的，硬保护卡就可以通过对数据线上的数据流进行分析来判断当前对硬盘的操作是否为非法操作从而采取相应的动作。现阶段的硬保护卡只是对非法的操作进行干扰，而不进行其他的操作。这也就意味着，当BIOS要写硬盘数据时，它会向硬盘发送一个命令，但是这个命令却被保护卡给干扰了，硬盘将会忽略掉这个命令，但是BIOS却会等待硬盘的数据请求信号。当BIOS等待超时后，它会向操作系统返回一个出错信号，使应用程序不能正常的进行下去。所以现阶段的硬保护卡仍然需要附加软保护卡的功能，由软件从相对较高的层次屏蔽掉非法硬盘操作，由硬件来实现硬盘保护的高可靠性。与软保护卡一样，这样做的结果是降低了系统的兼容性，因为它仍然依赖于BIOS提供的中断程序。

对于系统CMOS的保护，现在通用的做法是将原始的CMOS参数备份到硬盘上的特定扇区，在系统启动过程中，会初始化扩展卡上的存储器中的计算机程序，该程序检查当前的CMOS参数与硬盘上的参数是否一致，如果不一致，则将使用硬盘上的数据进行恢复。由于CMOS参数是各个厂商自己定义的，大部分没有统一的含义，而且在系统初始化的过程中，即使没有人为的更改，其中的某些值也有可能发生变化，这样，当保护卡检测时就会发现不一致，于是恢复原始值，然后重新启动计算机，但是重启的过程中这些值又会改变，所以计算机将会不停的重启，不能正常工作。另一方面，还存在“口令屏蔽”问题。也就是说，如果系统定义了用户口令，当系统自检完毕后立即会要求输入口令，然后才会初始化保护卡，所以如果口令遗失或者他人更改了口令，保护卡就不可能恢复CMOS参数了。

所以，总的来说，现阶段的硬保护卡可以在保护的可靠性上达到最高级别，但是却严重影响了系统的兼容性，降低了系统性能，还存在口令屏蔽的问题。

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种保护计算机硬盘的硬保护卡。它相对于软保护卡具有硬保护卡对硬盘保护的最高的可靠性，相对于现有的硬保护卡具有更高的兼容性和更快的速度，并能有效解决口令屏蔽的问题。它不仅可对非法的硬盘操作进行识别、屏蔽，同时又能模拟硬盘工作返回正确的信号；同时保护系统CMOS参数的设置，通过对CMOS放电和增加屏蔽码的方法，克服口令屏蔽和反复启动的问题。

为了实现上述目的，本实用新型包括至少一个集成了监视系统及控制系统的中央逻辑单元、至少一个用于存储计算机程序的存储单元、至少一个用于选择硬盘数据连接的双向开关和两个硬盘接口插槽；所述中央逻辑单元按如下步骤控制存储单元的读写以及双向开关的开合，并向硬盘接口产生数据输出：

(a)中央逻辑单元通过检测与硬盘控制器相连的硬盘插槽的数据流来判断当前的命令是否合法，当产生了非法的硬盘操作时，将双向开关断开，同时将伪指令驱动到与硬盘相连的硬盘接口插槽而使实际的指令被屏蔽掉；

(b)然后在中央逻辑单元的内部开始进行硬盘的模拟，根据当前的状态反馈数据请求信号，以及中断请求信号(INTRQ’)；

(c)中央逻辑单元进行地址解析，将程序存储器的程序映射到内存空间D000段以及C000段。

本实用新型的技术方案，在确保最高可靠性的基础上，成功的解决了操作系统兼容性的问题，能够有效的支持WindowsNT，Unix，Linux等操作系统，同时不占用任何常规内存、中断、端口，丝毫不影响系统性能，并且在保护CMOS的基础上，能有效的解决口令屏蔽和反复启动的问题。

以下通过其具体实施例和附图对本实用新型加以详细说明。

图1是本实用新型的结构模块图。

图2是本实用新型的电路原理图。

图3是本实用新型的逻辑单元中的逻辑结构模块图。

图4是本实用新型逻辑单元系统控制器的主工作状态流程图。

图5是本实用新型的硬盘非法指令屏蔽部分的流程图。

图6是本实用新型的硬盘模拟部件工作流程图。

图1为本实用新型的结构模块图，包括了一个集成了监视系统及控制系统的中央逻辑单元(1)，一个用于存储计算机程序的存储单元(2)，一个用于选择硬盘数据连接的双向开关(3)和两个硬盘接口插槽(4、5)。通常，双向开关将与硬盘控制器相连的硬盘接口插槽(4)和与硬盘相连的硬盘接口插槽(5)的数据信号(DATA)直接相连，以保证正常的硬盘操作不受影响。中央逻辑单元(1)通过检测数据线上的数据流来判断当前的命令是否合法。当产生了非法的硬盘操作时，将双向开关(3)断开，同时将伪指令驱动到与硬盘相连的硬盘接口插槽(5)而使实际的指令被屏蔽掉。在中央逻辑单元(1)的内部则开始进行硬盘的模拟，根据当前的状态反馈数据请求信号，以及中断请求信号(INTRQ’)。为了实现硬件保护的关闭功能，在保护卡上设置了一个接口，只要将相应的密钥插入即可关闭保护。密钥将向中央逻辑单元(1)输入当前的值(OUT_KEY)，同时，内部的跳线组也向中央逻辑单元(1)输入当前设定的值(INT_KEY)，中央逻辑单元(1)将比较这两组值是否相等来确定是否关闭保护功能。在中央逻辑单元(1)中同时还集成了程序地址解析单元(19)。输入相应的ISA总线信号将根据需要进行地址解析，将存储单元(2)中的程序映射到内存空间中。

本实用新型的中央逻辑单元(1)和/或存储单元(2)和/或双向开关(3)可以做成一个集成电路模块。

本实用新型的中央逻辑单元(1)或存储单元(2)或双向开关(3)可以由多个半导体集成电路组成。

在图2中，两个硬盘接口插槽(4、5)，除脚3、脚5、脚7、脚11、脚31外直接相连。两个硬盘接口插槽(4、5)的脚3、脚5、脚7、脚11分别连接双向开关(3)的相应的数据端。双向开关(3)的控制端与中央逻辑单元(1)相连。从ISA总线输入的端口ISA_AD[19..0]、MEMR、MEMW、ALE连接到中央逻辑单元(1)的输入端口，产生输出信号到存储单元(2)的地址端口A[0..16]、片选CE、读信号OE、写信号WE。存储单元(2)的数据端D[0..7]连接到ISA总线的数据接口DATA。

图3为本实用新型的逻辑单元中的结构模块图，包括一个系统控制器(11)，两个地址寄存器(14、15)，一个地址比较单元(16)，一个密钥比较单元(13)，一个计数器(18)，一个中断请求产生单元(17)以及一个程序地址解析单元(19)。由系统控制器(11)来控制系统各个部分的同步工作。地址寄存器(14、15)中的参数在初始化时加载，存放的是当前的硬盘保护范围，地址比较单元(16)将比较当前硬盘操作地址与地址寄存器(14、15)中的值，然后判断当前的操作是否为非法的操作。密钥比较单元(13)用于比较外部密钥与内部密钥的值，当两个值相同时，将禁止保护卡的保护功能。计数器(18)则用于进行硬盘模拟，如果有非法操作产生，将根据需要操作的扇区数设置相应的计数值，并根据计数器的值来决定是否产生伪数据请求信号。中断请求产生单元(17)则根据硬盘的实际中断请求情况以及当前的计数器(18)的值来决定是否产生中断请求。程序地址解析单元(19)将存储单元(2)中的程序映射到计算机内存地址空间中。为了能够模拟显示适配器，需要将程序存储器的一部分解析到地址C000段；另一方面，为了完成保护卡的初始化，又需要将程序存储器的一部分解析到地址D000段。地址解析单元(19)将根据当前系统控制器(11)的要求进行适当的地址解析。

本实用新型的中央逻辑单元(1)应包括至少一个系统控制器(11)，至少一个地址寄存器(14)，至少一个地址比较单元(16)，至少一个密钥比较单元(13)，至少一个计数器(18)，至少一个中断请求产生单元(17)以及至少一个程序地址解析单元(19)。

参考图4逻辑单元系统控制器的主工作状态流程图，包括五个系统状态。初始态是系统刚刚上电时的工作状态，只有在这种情况下才允许从存储单元(2)到内存地址C000段的地址解析，以保证系统的显示适配器能够正常工作，而在其他状态下将只完成从存储单元(2)到内存地址D000段的地址解析。从状态1到状态3是中间状态，系统在这个过程中产生配置周期，对地址寄存器(14、15)进行初始化。只有向其发送特定的触发信号才能使状态一级一级前进，这样可以保证屏蔽掉干扰信号。终止状态是中央逻辑单元(1)正常工作时的状态，只有在这个状态系统才能开始进行硬盘的保护，同时禁止配置。

参考图5，在一个硬盘数据传输指令周期中，首先寄存该传输指令要操作的地址，然后判断当前是否为写盘指令，包括写硬盘扇区、格式化等。如果不是写盘指令则正常结束当前的监测，否则继续判断操作的地址是否为被保护范围。如果不是被保护范围则正常结束当前的监测，否则将允许硬盘模拟部件进行硬盘模拟，然后向硬盘发送伪指令码，最后结束当前的监测返回。

参考图6硬盘模拟部件工作流程图，当开始一个硬盘模拟周期后，硬盘模拟部件等待数据写入。如果由数据写入，则将计数器减1，然后判断当前的计数值是否为零。如果不为零，则继续等待数据写入；如果为零，则产生中断请求信号，然后退出硬盘模拟周期。

Claims (6)

1.一种计算机硬盘保护卡，其特征在于：包括至少一个集成了监视系统及控制系统的中央逻辑单元1、至少一个用于存储计算机程序的存储单元2、至少一个用于选择硬盘数据连接的双向开关3和两个硬盘接口插槽4、5；所述中央逻辑单元1按如下步骤控制存储单元2的读写以及双向开关3的开合，并向硬盘接口4、5产生数据输出：

(a)中央逻辑单元1通过检测与硬盘控制器相连的硬盘插槽4的数据流来判断当前的命令是否合法，当产生了非法的硬盘操作时，将双向开关3断开，同时将伪指令驱动到与硬盘相连的硬盘接口插槽5而使实际的指令被屏蔽掉；

(b)然后在中央逻辑单元1的内部开始进行硬盘的模拟，根据当前的状态反馈数据请求信号，以及中断请求信号；

(c)中央逻辑单元1进行地址解析，将程序存储器2的程序映射到内存空间D000段以及C000段。

2.如权利要求1所述的计算机硬盘保护卡，其特征在于所述的中央逻辑单元1和/或存储单元2和/或双向开关3可以做成一个集成电路模块。

3.如权利要求1所述的计算机硬盘保护卡，其特征在于所述的中央逻辑单元1或存储单元2或双向开关3可以由多个半导体集成电路组成。

4.如权利要求1所述的计算机硬盘保护卡，其特征在于所述的中央逻辑单元1包括至少一个系统控制器11，至少一个地址寄存器14，至少一个地址比较单元16，至少一个密钥比较单元13，至少一个计数器18，至少一个中断请求产生单元17以及至少一个程序地址解析单元19。

5.如权利要求1所述的计算机硬盘保护卡，其特征在于所述的两个硬盘接口插槽4、5除脚3、脚5、脚7、脚11、脚31外直接相连。两个硬盘接口插槽4、5的脚3、脚5、脚7、脚11分别连接双向开关的相应的数据端。

6.如权利要求1所述的计算机硬盘保护卡，其特征在于所述的双向开关3的控制端与中央逻辑单元1相连。

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